宇宙の形成と構造進化の解明に向けた超伝導遷移端センサの信号多重化の革新

• Project Area: The Physical Origin of the Universe viewed through the Cosmic Background Radiation - from Cosmological Inflation to Dark Ages -
• Project/Area Number: 22111513
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Japan Aerospace Exploration Agency
• Principal Investigator: 竹井 洋 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 助教 (30509857)
• Project Period (FY): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2011: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2010: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
• Keywords: 宇宙物理 / 超伝導材料・素子 / X線天文学 / 中高温銀河間物質 / SQUID / 超伝導遷移端温度計 / 極低温信号多重化

Research Abstract

超伝導遷移端温度計(TES)センサアレイは、極低温で動作し、低ノイズ、すぐれた分光能力を持つため、将来のマイクロ波天文学やX線天文学の両者において非常に有望な検出器である.しかし、極低温への熱流入を抑える信号多重化の方式が未熟であり、大規模アレイ実現のための課題である。本研究では、TESの信号をAM変調し多重化する周波数分割方式の開発を進めた。特に、多重化に必要となるSQUIDの開発を行った。これまで使用していた複数の入力コイルを持つSQUIDではなく、SQUID直近でTESの信号を電流として加算するSQUIDを製作した。また、宇宙用のSQUIDでは非常に発熱を抑える必要があるため、SQUIDの発熱を極力抑える設計とした。典型的な宇宙用の冷凍機の50mKの冷凍能力のもとで、32個のSQUIDを駆動することが出来ると計算される。SQUIDと超伝導コイル、マイクロストリップ線路を組み合わせたチップを作し、ベースバンドブィードバックの動作ができることを検証した。ただし、当初予定していたTESと組み合わせたACバイアス下の性能の測定は実現しなかった。
実験的研究と並行して、宇宙の形成や構造進化の解明に向けたX線による観測的研究やシミュレーションも実施した。特に、宇宙のバリオンの半数は未だ観測されていない中高温銀河間物質だと考えられているため、その探査を行った.Shapley超銀河団やA2142銀河団の外縁部を「すざく」衛星を用いて探査した。中高温銀河間物質の証拠を検出することをできなかったが、既存の検出器の検出限界について知見を得ることが出来た。また、TESカメラを使った将来衛星による中高温銀河間物質の観測をシミュレーションし、検出限界、得られる3次元マップの精度、相関関数を研究した。

Research Products

• [Journal Article] TEM-EDS with Breakthroughs in 3D Wiring and High-Speed Processing (2012)
  • Author(s): K. Sakai
  • Journal Title: Journal of Low Temperature Physics Volume: 167 Issue: 5-6 Pages: 759-764
  • DOI: 10.1007/s10909-012-0582-y
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Search for X-Ray Emission Associated with the Shapley Supercluster with Suzaku (2012)
  • Author(s): Mitsuishi, Ikuyuki; Gupta, Anjali; Yamasaki, Noriko Y.; Takei, Yoh; Ohashi, Takaya; Sato, Kosuke; Galeazzi, Massimiliano; Henry, J.Patrick; Kelley, Richard L.
  • Journal Title: PASJ : Publication of the Astronomical Society of Japan Volume: 64
  • NAID: 10030386479
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Studying the Warm-Hot Interealactic Medium in Emission (2011)
  • Author(s): Lorenzo Amati, Jan-Willem den Herd
  • Journal Title: Astrophysical Journal Volume: 734 Issue: 2 Pages: 91-91
  • DOI: 10.1088/0004-637x/734/2/91
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Expected properties of the two-point autocorrelation function of the intergalactic medium (2011)
  • Author(s): Ursino, E.; Branchini, E.; Galeazzi, M.; Marulli, F.; Moscardini, L.; Piro, L.; Roncarelli, M.; Takei, Y
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 414 Issue: 4 Pages: 2970-2984
  • DOI: 10.1111/j.1365-2966.2011.18597.x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] X-Ray Study of the Outer Region of Abell 2142 with Suzaku (2011)
  • Author(s): Akamatsu, Hiroki; Hoshino, Akio; Ishisaki, Yoshitaka; Ohashi, Takaya; Sato, Kosuke; Takei, Yoh; Ota, Naomi
  • Journal Title: PASJ : Publication of the Astronomical Society of Japan Volume: 63 Pages: 1019-1033
  • NAID: 10030719521
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Suzaku and XMM-Newton Observations of the Fornax Cluster : Temperature and Metallicity Distribution (2011)
  • Author(s): Murakami, Hideyoshi; Komiyama, Madoka; Matsushita, Kyoko; Nagino, Ryo; Sato, Takuya; Sato, Kosuke; Kawaharada, Madoka; Nakazawa, Kazuhiro; Ohashi, Takaya; Takei, Yoh
  • Journal Title: PASJ : Publication of the Astronomical Society of Japan Volume: 63 Pages: 963-977
  • NAID: 10030719289
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Baryons at the Edge of the X-ray Brightest Galaxy Cluster (2011)
  • Author(s): A.Simionescu, S.W.Allen, A.Mantz, N.Werner, Y.Takei, R.G.Morris, A.C.Fabian, J.S.Sanders, P.E.J.Nulsen, M.R.George, G.B.Taylor
  • Journal Title: Science Volume: 331 Pages: 1576-1579
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Metal transport by gas sloshing in M87 (2010)
  • Author(s): A.Simionescu, N.Werner, W.R.Forman, E.D.Miller, Y.Takei, H.Boehringer, E.Churazov, P.E.J.Nulsen
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 405 Pages: 91-99
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] X-Ray Spectroscopy of Galactic Hot Gas along the PKS 2155-304 Sight Line (2010)
  • Author(s): T.Hagihara, Y.Yao, N.Y.Yamasaki, K.Mitsuda, Q.D.Wang, Y.Takei, T.Yoshino, D.McCammon
  • Journal Title: Publication of the Astronomical Society of Japan Volume: 62 Pages: 723-733
  • NAID: 10026716377
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Study of the Intracluster and Intergalactic Medium in the Sculptor Supercluster with Suzaku (2010)
  • Author(s): K.Sato, R.L.Kelley, Y.Takei, T.Tamura, N.Y.Yamasaki, T.Ohashi, A.Gupta, M.Galeazzi
  • Journal Title: Publication of the Astronomical Society of Japan Volume: 62 Pages: 1423-1433
  • NAID: 10029326435
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 衛星搭載に向けたTESマイクロカロリメータの周辺技術の開発 (2012)
  • Author(s): 山本亮、酒井和広、満田和久、山崎典子、竹井洋、吉武宏、関谷典央、永吉賢一郎、大橋隆哉、石崎欣尚、江副祐一郎、赤松弘規、石川久美、大石詩穂子、榎崇利、榎島陽介、鳥羽玲奈
  • Organizer: 第12回宇宙科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 宇宙科学研究所
• [Presentation] DIOS等の小型衛星におけるTES信号多重化に向けたSQUIDと駆動回路の開発 (2012)
  • Author(s): 酒井和広、竹井洋、山崎典子、山本亮、満田和久、関谷典央(JAXA宇宙研), 大橋隆哉、石崎欣尚、江副祐一郎(首都大)
  • Organizer: 第2回小型衛星シンポジウム
  • Place of Presentation: 宇宙科学研究所
• [Presentation] 宇宙におけるTESの信号多重化に向けたベースバンドフィードバックFDM (2011)
  • Author(s): 竹井洋
  • Organizer: 背景放射で拓く宇宙創成の物理-インフレーションからダークエイジまで-
  • Place of Presentation: 宇宙科学研究所
• [Presentation] Baryons in the outskirts of the X-ray brightest galaxy cluster (2011)
  • Author(s): Simionescu, A.; Allen, S.W.; Mantz, A.; Werner, N.; Takei, Y.
  • Organizer: SUZAKU 2011 : Exploring the X-ray Universe : Suzaku and Beyond
  • Place of Presentation: スタンフォード大学
• [Presentation] TEM-EDS with Breakthroughs in 3D Wiring and High-Speed Processing (2011)
  • Author(s): Sakai, K.; Mitsuda, K.; Yamasaki, N.Y.; Takei, Y.; Yamamoto, R.; Hara, T.; Maehata, K.; Iyomoto, N.; Tanaka, K.
  • Organizer: 14th International Workshop on Low Temperature Detectors
  • Place of Presentation: ハイデルベルグ大学
• [Presentation] TES X線マイクロカロリメータと信号多重化技術 (2010)
  • Author(s): 竹井洋
  • Organizer: High-Q マイクロ波超伝導共振器を用いた大規模量子検出アレイに関する研究
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2010-11-15
• [Presentation] Searching for emission from the warm-hot intergalactic medium (2010)
  • Author(s): Yoh Takei, Takaya Ohashi, Kosuke Sato, Ikuyuki Mitsuishi, Enzo Branchini, Eugenio Ursino, Alessandra Corsi
  • Organizer: COSPAR10
  • Place of Presentation: Bremen,ドイツ
  • Year and Date: 2010-07-24
• [Presentation] DIOS (Diffuse Ionized Oxygen Surveyor) (2010)
  • Author(s): Yoh Takei
  • Organizer: CMB ワークショップ 2010
  • Place of Presentation: 国立天文台三鷹
  • Year and Date: 2010-06-09
• [Presentation] Searching for warm-hot intergalactic medium in emisison (2010)
  • Author(s): Yoh Takei, Takaya Ohashi, Enzo Branchini, Eugenio Ursino, Kosuke Sato, Ikuyuki Mitsuishi, Hiroki Akamatsu
  • Organizer: Cosmic Chemical Evolution Workshop
  • Place of Presentation: St.Michael's, Maryland,アメリカ合衆国
  • Year and Date: 2010-06-04